CN106295863A - 一种新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法与系统，针对光伏新能源采用三层分布式架构进行辅助功率预测与发电功率申请，该发明通过在新能源厂站建立一个以单元层、方阵层、厂站层为基础的辅助功率预测与发电功率申请架构，来解决当前大规模新能源电站功率预测准确度不高，以及厂站AGC系统发电功率分配缺乏个体差异针对性而导致的时效性不高等问题；以提升新能源电站功率预测系统的预测准确率以及厂站AGC系统对各方阵功率分配的合理性与经济性，有利于提高新能源厂站经济运行水平。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电自动化领域，尤其涉及一种在大型新能源光伏电站中应用的新能源光伏功率预测辅助功率预测与发电功率申请方法与系统。
背景技术
随着我国可再生新能源尤其是光伏新能源发电技术的推广，新能源发电容量以及其在整个电网中的比例均在大幅上升。当前的新能源厂站内的功率预测系统基于数值气象天气预报数据和分布在光伏区的个别少量气象仪传感器数据，再结合一些厂站历史发电数据，来预测计算全站的光伏发电功率值。当前这种的功率预测系统，存在以下几方面的不足
1：数值气象天气预报气象点只能精确到一个区域大范围(通常几平方公里至几十平方公里范围)的大环境气候预报，难以反映新能源光伏电站所在局部区域的小气候环境，光伏电站尤其是大量非平原地区光伏电站的内部气象环境差异更是难以反映，这是导致气象预测数据准确度不高的主要原因。大规模光伏电站占地区域广，可达几千亩，地理气象环境的差异使得有限的一些数值天气预报点难以代表各局部气象气候差异，造成功率预测不够准确。尤其是在山地或高低起伏地理环境下光伏电站，普通功率预测系统准确度略低；
2：由于成本等各方面原因，分布在光伏电站光伏区现场的气象仪数目非常少，通常一个100MWp(占地横跨可能上千亩)级的光伏电站也就个别一至两个，这难以反映光伏电站区域范围内的光照环境差异，也导致预测准确度不高。
3：当前功率预测系统还通常采用神经元网络学习方法基于该厂站历史发电功率数据来计算修正功率预测值，由于光伏电站受调度中心功率调度要求限电等原因，光伏电站历史实际发电功率数据值与当时该光伏电站所能够达到的最大发电功率值之间发生偏离甚至严重偏离，以该受到人工限制偏离的历史发电数据为基础的参考学习预测方法也会导致预测数据的准确度不高。
而各新能源厂站功率预测值准确度不高导致的后果是区域调度中心对各新能源厂站调度功率分配不够合理，较大偏离新能源电站实际发电能力；同时在厂站内部，不同方阵气象环境差异也导致不同方阵具有不同甚至差异很大的发电能力差异，传统厂站AGC系统在接到调度中心功率分配值后，一般以全站相同气象环境为条件进行平均分配发电功率的算法常 导致全站总目标功率AGC控制的时效性和精准度不高，因为它忽略了各方阵发电单元气象环境的局部差异性。这样的厂站AGC系统既不利于新能源厂站经济运行水平提高，也不利于大规模新能源接入后的电网安全稳定运行。
以上常规新能源电站功率预测系统和AGC系统的不足不利于新能源发电技术的应用推广和经济运行水平提高，相关功率预测与AGC方阵分配系统功能需要审视规划修正，以满足当前新能源行业的发展新需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：1)解决现有新能源电站尤其是大型组串式光伏电站功率预测准确度不高的问题；2)解决传统厂站AGC分配未能考虑站内气象环境差异化而导致的不合理分配以及因此带来的AGC功率控制时效性不高的问题。
本发明技术方案内容为：一种新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于在厂站内建立一个由单元层，方阵层，厂站层组成的三层分布式功率预测和功率申请计算架构；其中，所述单元层由多个发电单元组成，方阵层由含有功率预测与申请模块的方阵智能一体化装置组成，厂站层由厂站功率预测系统和AGC自动发电控制系统组成，厂站层系统通过相关设备与调度中心进行信息交互。
上述方案中：方阵层的功率预测与申请模块基于样本发电单元当前实际发电情况与其近期历史发电数据预测超短期内本方阵的最大发电功率并上送厂站级功率预测系统；所述系统将对应时刻所有方阵最大功率预测值累加，形成全厂站总的功率预测值，为厂站功率预测系统提供数据修正参考；厂站AGC系统以各方阵上送的本方阵功率预测数据作为各方阵功率申请值，参考该值向各方阵进行发电功率AGC分配。
上述方案中：设定方阵中有可正常运行的发电单元N台，在该方阵中选择S台发电单元作为样本发电单元，其中S<N，上述样本发电单元按自然最大发电状态运行，方阵中其它剩余N-S台的发电单元参与AGC功率调节控制任务；
设定在某个具体时刻，S台样本发电单元各自最大发电功率为Psi_max，本方阵每台发电单元当前平均最大发电功率为该值被记录保存下来以便被未来某一时间的预测作为这一天的历史日期样本平均时间功率曲线使用，同时计算得到本方阵当前总的最大可发功率为Psavg×N，未来短时间Δt后本方阵的预测最大发电功率为 PΔt＝(Psavg+ΔPsavg)×N，其中平均功率变化值ΔPsavg可参考样本发电单元近期相似天气条件下历史日期的样本平均时间功率曲线计算得到，Δt大小5～60分钟可设置，PΔt数值即是该方阵未来Δt时刻的方阵最大功率预测值，也是该时刻方阵的目标最大发电功率申请值。
上述方案中：在方阵层配置功率预测与申请模块，该模块将PΔt发送给上级厂站功率预测系统和AGC系统，厂站功率预测系统基于各方阵通讯上送的功率预测数据计算全站预测数据并以此辅助修正其原全站功率预测数值，其中，M为本电站方阵数目，PΔt_i为各个方阵功率预测值。
上述方案中：所述的厂站AGC系统基于调度提供的全站功率发电指标，参考各方阵上送的功率申请数据PΔt，生成Δt时刻各方阵发电功率分配值，并下发至方阵层相关智能单元中，由其完成分配。
上述方案中：智能一体化装置包括辅助功率预测与申请模块、方阵AGC模块、箱变保护测控模块、通信管理模块和环网交换模块，智能一体化装置可直接安装在子方阵的升压箱变中。
采用上述方法和系统方案后，本发明的有益效果是：
1、基于厂站内三层次分布式的功率预测和功率申请分配体系架构，提高功率预测准确度。
2、基于厂站内三层次分布式的功率预测和功率申请分配体系架构，解决了传统厂站内AGC功率平均分配中未能考虑各方阵光照环境差异造成的发电功率差异问题。
3、基于厂站内三层次分布式的功率预测和功率申请分配体系架构，在方阵层布设方阵智能一体化单元，该智能单元不但可以集成方阵功率预测与申请模块、方阵AGC模块，还可以集成箱变保护测控，通信管理和环网交换等功能模块，方案节约了屏柜设备，简化了系统设计、安装和设备总数目，有利于节省设备总投资。
4、中间层方阵智能单元更接近各发电单元，对发电单元的实际发电情况比原厂站系统更清楚，数据收集更加及时、准确、有效，有助于提高预测精度。
5、较小地理分布范围的同一方阵内各发电单元，基本具备相同的气候和地理环境，采用其中的高相似度样本发电单元当前自然最大发电功率预测全方阵当前最大发电功率准确 度高，有利于辅助提高厂站功率预测水平。
6、以各方阵样本发电单元的推测计算出的全厂站功率预测数据为基础的功率申请，有利于提高各方阵乃至全新能源厂站的经济运行水平。
附图说明
图1新能源厂站辅助功率预测与发电功率申请体系架构。
图2新能源厂站辅助功率预测与发电功率申请系统网络结构。
图3含方阵功率预测与申请模块的智能一体化装置功能组成与应用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1)如图1所示，在厂站内建立一个由单元层，方阵层，厂站层组成的三层分布式辅助功率预测数据收集和功率申请分配体系架构，以最底层的单元层中实际发电数据为基础，预测上述单元层所对应的方阵层一段时间内的总的发电功率情况，并在厂站层汇总逐级累加，形成全厂站总的功率预测值，作为厂站功率预测系统的数据修正参考；厂站AGC系统以各方阵的功率预测数据为基础作为方阵功率申请值，参考其差异性向各方阵进行发电功率AGC分配。
2)方阵层设定每个方阵中有可正常运行的发电单元总设备数为N台，在每个方阵中选择S台发电单元作为样本发电单元，上述样本发电单元不参与方阵的AGC调节功能，按自然最大发电状态运行，方阵中其它剩余N-S台的发电单元参与AGC实时功率调节任务。
3)在某时刻S台样本发电单元各自最大发电功率为Psi_max，本方阵每台发电单元当前平均最大发电功率为本方阵的总的当前最大可发功率为Psavg×N，而未来短时间Δt时间后本方阵的预测发电功率为PΔt＝(Psavg+ΔPsavg)×N，其中平均功率变化值ΔPsavg可参考样本发电单元近期(通常一周内)相似天气条件下历史时间功率曲线计算得到，Δt为5～60分钟可设置，PΔt数值即是该方阵Δt时刻的方阵功率预测值，也是该时刻方阵目标发电功率申请值。
4)方阵层功率预测与申请模块将PΔt发送给上级厂站功率预测系统和AGC系统，厂站AGC功率预测系统基于各方阵的功率预测数据计算全站预测数据并以此辅助修正其原功率预测数据，其中M为本电站方阵数目；而厂站AGC系统基于调度提供的全站功率发电指标，参考各方阵的发电功率申请数据PΔt，差异性合理分配各方阵发电功率指标Pf。
5)方阵层AGC/AVC模块将接收到的上级厂站AGC系统对本方阵的功率调度指令Pf优化 分解为本方阵内各发电单元的功率Pi，满足关系式其中N为本方阵中发电单元的总数目。并通过遥控、遥调命令向这些发电单元(如组串式光伏逆变器)分别下发单元启停或单元功率调节指令。
6)方阵层功率预测与申请模块集成在新能源方阵的智能一体化装置中，而该装置还进一步与箱变保护测控装置，以及环网交换机，AGC/AVC模块进一步集成为五合一装置，智能一体化装置可直接安装在方阵的升压箱变中。
7)工程实施中，在光伏电站中，通常每1～2MWp的光伏容量定义为一个方阵，有一台升压箱变，配置一台方阵智能一体化设备，直接安装在箱变中(功能示意如图2所示)，通常下接20～70台组串式逆变器或两台集中式逆变器，装置的箱变保护测控模块实现箱变的保护测控等模块，而装置的通信管理模块能和自动发电控制AGC子站模块分别实现对这些逆变器的通信接入转发和对这些逆变器进行功率分配；若干方阵的同型号装置手拉手组环后接入升压站中心环网交换机。
8)厂站功率预测与AGC系统对下的通信规约可以是IEC60870-5-103(网络版)、IEC60870-5-104、IEC61850等，而方阵对下面各发电单元的通信规约可以是IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MODBUS、DNP或IEC61850。
9)如图3所示，在新能源厂站内部署一个由光伏区光纤环网，站内总线双网的网络体系架构，配置厂站功率预测系统，AGC/AVC系统，远动装置，并在方阵的升压箱变内安装智能一体化装置，该装置同时具备功率预测与申请功能、方阵AGC功能、箱变保护测控功能、通信管理功能和环网交换功能共五大功能。
Claims (11)
1.一种新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于：在厂站内建立一个由单元层、方阵层、厂站层组成的三层分布式功率预测和发电功率申请的架构，以底层单元层中发电单元实际发电数据为基础，预测上述单元层所对应的方阵层未来某设定时刻该方阵总的发电功率情况，并在厂站层汇总累加，形成全厂站总的功率预测值，作为厂站功率预测系统的数据修正参考；厂站AGC系统再以各个方阵上送的功率预测数据作为未来该时刻各个方阵的功率申请值，参考该值向各个方阵进行发电功率AGC分配。
2.根据权利要求1所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于：所述方阵层预测该方阵未来某时刻总发电功率情况的具体方法为：以对应方阵的单元层中样本发电单元当前发电功率值和其样本发电单元近期某天平均历史发电数据记录值数据基础进行方阵功率预测计算。
3.根据权利要求2所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于,所述方阵功率预测计算的集体方法为：
设定方阵中有可正常运行的发电单元N台，在该方阵中选择S台发电单元作为样本发电单元，其中S<N，上述样本发电单元按自然最大发电状态运行，方阵中其它剩余N-S台的发电单元参与AGC功率调节控制任务；
设定在某个具体时刻，S台样本发电单元各自发电功率为Psi_max，本方阵每台发电单元当前平均最大发电功率为该值以一定的时间密度被计算记录保存下来，以便被未来某一时间的预测作为这一天的历史日期样本平均时间功率曲线使用，同时计算得到本方阵当前总的最大可发功率为Psavg×N，未来短时间Δt后本方阵的预测最大发电功率为PΔt＝(Psavg+ΔPsavg)×N，其中平均功率变化值ΔPsavg可参考样本方阵内样本发电单元近期相似天气条件下历史日期的平均时间功率曲线计算得到，Δt大小5～60分钟可设置，PΔt数值即是该方阵未来Δt时刻的方阵最大功率预测值，也是该时刻方阵的目标最大发电功率申请值。
4.根据权利要求3所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于：在方阵层配置功率预测与申请模块，该模块将PΔt发送给上级厂站功率预测系统和AGC系统，厂站功率预测系统基于各方阵通讯上送的功率预测数据计算全站预测数据并以此数据辅助修正其原全站功率预测数值，其中，M为本电站方阵数目，PΔt_i为各个方阵功率预测值。
5.根据权利要求4所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请方法，其特征在于：所述的厂站AGC系统基于调度中心下发的全站功率发电指标，参考各方阵上送的功率申请值PΔt，生成未来Δt时刻各方阵发电功率分配值，并下发至方阵层相关智能单元中执行。
6.一种新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于：在厂站内建立一个由单元层，方阵层，厂站层组成的三层分布式功率预测和功率申请计算系统；其中，
所述单元层由多个发电单元组成，方阵层由含有功率预测与申请模块的方阵智能一体化装置组成，厂站层由厂站功率预测系统和AGC自动发电控制系统组成，厂站层系统通过相关远动设备与调度中心进行信息交互。
7.根据权利要求6所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于：所述单元层中发电单元由一直保持自然最大发电的样本发电单元和接受AGC功率控制的其它普通发电单元组成；
方阵层的功率预测与申请模块基于样本发电单元当前实际发电情况与相应样本发电单元近期历史发电数据预测超短期内本方阵的最大发电功率并上送厂站级功率预测系统；
所述厂站级功率预测系统将对应时刻所有方阵上送的最大功率预测值累加，形成全厂站总的功率预测值，为厂站功率预测系统提供数据修正参考；
厂站AGC系统以各方阵上送的本方阵最大功率预测值作为各方阵功率申请值，参考该值向各方阵进行发电功率AGC分配。
8.根据权利要求6所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于,所述方阵功率预测计算的具体方法为：
设定方阵中有可正常运行的发电单元N台，在该方阵中选择S台发电单元作为样本发电单元，其中S<N，上述样本发电单元按自然最大发电状态运行，方阵中其它剩余N-S台的发电单元参与AGC功率调节控制任务；
设定在某个具体时刻，S台样本发电单元各自最大发电功率为Psi_max，某方阵中样本发电单元当前平均最大发电功率为该值按一定的时间密度计算被记录保存下来，以便在未来某一时间的预测中，被作为这一天的历史日期样本平均时间功率曲线使用，同时计算得到本方阵当前总的最大可发功率为Psavg×N，未来短时间Δt后本方阵的预测最大发电功率为PΔt＝(Psavg+ΔPsavg)×N，其中平均功率变化值ΔPsavg可参考样本发电单元近期相似天气条件下历史日期的样本平均时间功率曲线计算得到，Δt大小5～60分钟可设置，PΔt数值即是该方阵未来Δt时刻的方阵最大功率预测值，也是该时刻方阵的目标最大发电功率申请值。
9.根据权利要求6所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于：方阵层中，功率预测与申请模块将PΔt发送给上级厂站功率预测系统和AGC系统，厂站功率预测系统基于各方阵通讯上送的功率预测数据计算全站预测数据并以此辅助修正其原全站功率预测数值，其中，M为本电站方阵数目，PΔt_i为各个方阵功率预测值。
10.根据权利要求6所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于：所述的厂站AGC系统基于调度提供的全站功率发电指标，参考各方阵上送的功率申请值PΔt，生成Δt时刻各方阵发电功率分配值Pf，并下发至方阵层相关智能单元中由其执行。
11.根据权利要求6所述的新能源电站辅助功率预测与发电功率申请系统，其特征在于：所述方阵智能一体化装置包括辅助功率预测与申请模块、方阵AGC模块、箱变保护测控模块、通信管理模块和环网交换模块，智能一体化装置可直接安装在方阵的升压箱变中。
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